Douglas Wildgrube BertolDEE - Engenharia Elétrica | CCT
Automação
AUT0001 – Automação | Joinville | 06/08/2017
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Automação
O que significa automatizar?
• Conceitos básicos de automação;
• Arquitetura de automação (modelo CIM);
• Elementos componentes de uma automação.
contextualização
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Automação
• Definição;
• Histórico;
• A automação em nossas vidas;
• A automação no meio produtivo;
• Pirâmide da Automação (arquitetura);
• Aspectos da automação;
• Razões para automação industrial;
• Variedades de automação.
sumário
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Definição
• Etimologia:• latim Automatum, que significa mover-se por si;• Da palavra Automation (1960);• Participação do computador no controle
automático industrial.
• Definição:
“Qualquer sistema, apoiado em computadores, que substitui o trabalho humano, visando soluções rápidas e econômicas para atingir os objetivos da
indústria, dos serviços ou bem estar”
definição literal
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Definição
• Mecanização: visa prover operadores humanos com máquinas que os assistem de modo a atender requisitos físicos do trabalho (força, velocidade, etc.);
• Automatização ou Automação: visa substituir o operador humano por dispositivos de comando e controle computadorizado, reduzindo (ou eliminando) necessidade de uso de habilidades mentais e sensoriais humanas.
mecanização x automação
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Histórico
• Desde o inicio da civilização, o homem tem procurado facilitar seu trabalho, seja pela exploração de outros seres humanos (mão de obra escrava) ou pela criação de máquinas que fazem parte do trabalho (ou todo);
• Herão (≈10 a 75 d.C.), filósofo natural que viveu na Alexandria (Egito sob controle grego), descreveu a primeira máquina à vapor (eolípila) em 69 d.C.;
• Estrutura econômica da época não permitiuvislumbrar aplicações úteis para a eolípilae era utilizado apenas para recreação(devido principalmente a existência de mão de obra escrava abundante e gratuita).
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Histórico
• Uso mais extensivo de máquinas ocorreu a partir do século XVIII, com a Revolução Industrial (Inglaterra 1750, EUA 1800);
• A Revolução Industrial ocorreu por circunstâncias favoráveis dos pontos de vista:
• Socioeconômico: surgimento do capitalismo,abolição da escravatura, entre outros fatores;
• Científico/tecnológico: desenvolvimento da física e da química, descoberta e disponibilidade da eletricidade, reinvenção das máquinas avapor e aperfeiçoamento dos processos industriais.
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Histórico
• Em 1698, Thomas Savery (1650-1715), mecânico inglês, patenteou a primeira máquina à vapor realmente prática, uma bomba para drenagem de água de minas.
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Histórico
• Em 1712, Thomas Newcomen (1663-1729), ferreiro inglês, inventou outra máquina à vapor para esvaziamento da água de infiltração das minas.
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Histórico
• Em 1769, James Watt aperfeiçoa o modelo de Newcomen. Seu invento deflagra a revolução industrial e serve de base para a mecanização de toda a indústria
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Histórico
• George Stephenson revoluciona os transportes com a invenção da locomotiva a vapor;
• Em 1785, Matthew Boulton começa a construir as máquinas projetadas por Watt (empresário industrial no sentido moderno).
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Histórico
• Produtividade antes da Revolução Industrial era baixa (produção artesanal);
• O aperfeiçoamento dos processos de produção aliado a introdução das máquinas conduziram a:
• grande aumento de produtividade; produção em massa: produtos mais baratos e acessíveis a um público consumidor muito maior;
• posterior saturação do mercado mundial, já no século XX.
cenário
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Histórico
• Saturação dos mercados levou a uma crise no sistema de produção capitalista (década de 70 do século XX);
• Alternativas propostas para a crise:• Diversificação e individualização dos produtos para atrair
consumidores;• Redução da vida útil dos produtos;• Incorporação das últimas inovações tecnológicas ao
produto.
• Consumidores se aliam para exigir qualidade dos produtos;
• Requisitos impostos à indústria: menor tempo de projeto, desenvolvimento e produção.
cenário - crise
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• Problema: máquinas e processos de produção concebidos para produção em massa não foram projetados para sofrer alterações frequentes. Falta flexibilidade!
• Solução: introdução da Informática nos sistemas industriais de produção• reestruturação do setor produtivo: computador não só
no laboratório mas também na empresa!• computador possibilitou surgimento da Automação
Flexível, baseada na ideia de equipamentos programáveis;
• equipamentos podem ter sua função e operação alterada modificando apenas o software.
cenário - problemaHistórico
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Histórico
• Tecnologias antigas: concentradas no estudo das melhores formas de manipulação de energia e de materiais;
• Novas tecnologias: concentradas na manipulação da informação;
• Hoje temos sistemas computacionais em todos os setores da fábrica:• máquinas-ferramenta com CNC;• lógicas de comando a relés substituídas por CLPs,
sensores e atuadores microprocessados;• processos contínuos usam controladores digitais
programáveis;• homem substituído em muitas funções por robôs
programáveis.
cenário
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Histórico
• Equipamentos programáveis tem que poder trocar informações entre si -> redes locais industriais de comunicação (LANs);
• Introduzidos sistemas computacionais que permitem a programação de aplicações compartilhadas por vários computadores → sistemas distribuídos;
• Tais sistemas requerem técnicas especiais de programação → ex.: programação concorrente;
• Muitas aplicações exigem soluções não convencionais → técnicas de inteligência artificial usadas em subsistemas (sistemas especialistas, lógica fuzzy, redes neurais, etc).
cenário atual
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Automação em nossas vidas
• Objetivo: facilitar nossas vidas
• Em casa: • lavando roupa;• esquentando leite;• abrindo o portão;• lavando louça.
• Na rua:• sacando dinheiro;• dirigindo pelas ruas;• fazendo compras.
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• No lazer:• comprando um refrigerante;• caminhando numa esteira;• assistindo um filme;• jogando um videogame.
• No trabalho:• registrando o ponto;• programando um robô;• recebendo matéria-prima;• estocando produto acabado;• fazendo controle de qualidade;• controlando temperatura de um tanque de água;• controlando a temperatura do escritório;• acionando o sistema de combate à incêndio.
Automação em nossas vidas
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Automação no meio produtivo
• Objetivos: facilitar os processos produtivos
• Componentes básicos• sensoriamento;• comparação e controle;• atuação.
• Automação industrial = sistema otimizado• menor custo;• maior quantidade;• menor tempo;• maior qualidade.
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• Qualidade• garantir uma produção com as mesmas características e alta
produtividade;
• Automação no meio ambiente• cumprimento de novas normas;• sistemas de controle de efluentes;• sistemas de controle de gases.
• Importância para a Indústria:• sobrevivência;• garantia de competição no mercado;• substitui o homem:
• tarefas repetitivas;• ambientes perigosos;• ambientes insalubres;• grande esforço físico.
Automação no meio produtivo
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Automação no meio produtivo
• Transforma a estrutura da força de trabalho
• qualitativamente;• quantitativamente;• exige treinamento;• qualificação da força de trabalho;• melhoria das condições de
trabalho.
• Desafio: • inserir o homem no contexto da
automatização sem traumatismo, sem desemprego, tendo somente um saldo positivo.
“O risco que se corre ao se introduzir novas tecnologias é menor do que
aquele que se corre ao não introduzi-las”
22*ERP - Enterprise Resource Planning / MES - Manufacturing Execution System
Pirâmide da Automaçãomodelo CIM
23*ERP - Enterprise Resource Planning / MES - Manufacturing Execution System
Pirâmide da Automaçãomodelo CIM
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Pirâmide da Automação
• Dispositivos• motores, componentes, válvulas, transdutores, inversores.
nível 0
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Pirâmide da Automação
• Controle• Informações do nível 0;• IHMs, CLPs, CNCs, robôs, máquinas ferramentas.
nível 1
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Pirâmide da Automação
• Execução • Banco de dados, índices, relatórios, logística, controle de
estoque.
nível 3
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Pirâmide da Automação
• Planejamento• planejar a produção em função da sazonalidade do
mercado, administração dos recursos financeiros, vendas, RH.
nível 4
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Aspectos da Automação Industrial
• Computadores especializados (controladores programáveis)
• controle lógico;• controle dinâmico;• simples reprogramações.
• Computadores de processo• coletar informações do processo para criar um modelo
matemático;• sintetizar leis de controle ótimo;• simular desempenhos;• implantar leis de controle;• facilitar interfaces com supervisores.
ferramentas computacionais
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Aspectos da Automação Industrial
• CLP’s (controladores lógicos programáveis) - 1968• memória programável para instruções;• energização / desenergização;• temporização;• contagem;• sequenciamento;• operações matemáticas;• manipulação de dados.
• Quem inventou o CLP?‒ General Motors (GM)
principal componente
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Aspectos da Automação Industrial
• Automação industrial de controle de processos (automação contínua)
• Utiliza medidas das saídas do sistema a fim de melhorar o seu desempenho operacional, através de realimentação.
• incalculável poder tecnológico• aperfeiçoamento de processos• velocidade• precisão
sistemas de controle - dinâmico
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Aspectos da Automação Industrial
• Controle da temperatura de um aquário
sistemas de controle – dinâmico – exemplo
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Aspectos da Automação Industrial
• Objetivo: manter a água em torno de 25ºC
sistemas de controle – dinâmico – exemplo
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Aspectos da Automação Industrial
• Automação industrial de manufatura (automação discreta)
• Utiliza sinais sempre discretos em amplitude, geralmente binários e operações não lineares.
• Circuitos (elétricos, hidráulicos, pneumáticos etc)• Variáveis binárias ( 0 ou 1)• Circuitos de redes lógicas:
• Combinatórias (sem memórias nem temporizações)• Projeto com álgebra booleana
• Descrever, analisar e simplificar com auxílio de Tabelas da verdade e Diagramas de relés
• Sequenciais (memória, temporizadores e entrada de sinais)• Teoria dos autômatos
• Redes de Petri
• Cadeias de Markov
• Simulação em computador
sistemas de controle – lógico
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• Prensa de alavanca‒ botões de segurança
Aspectos da Automação Industrialsistemas de controle – lógico – exemplo
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Razões para a automação industrial
• Repetibilidade e maior qualidade na produção;
• Realização de tarefas impossíveis ou agressivas ao homem;
• Rapidez de resposta ao atendimento da produção;‒ Flexibilidade;
• Restabelecimento mais rápido do sistema produtivo;
• Redução dos custos de produção;‒ menores perdas de materiais;‒ menor custo de capital;
• Redução de área;
• Possibilidade de sistemas interligados.
• Maior controle das informações do processo.
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Variedades de automação
• Automações especializadas (menor complexidade)‒ exemplo: automação interna aos aparelhos eletrônicos, telefones,
eletrodomésticos, automóveis;‒ microprocessadores;‒ programação em linguagem de máquina;‒ memória ROM.
• Grandes sistemas de automação (maior complexidade)‒ exemplo: controladores de voos nos aeroportos, controle
metroviário, sistemas militares;‒ programação comercial e científica em software de tempo real.
•Automações Industriais de âmbito local (média complexidade)
‒ exemplo: transportadores, processos químicos, térmicos, gerenciadores de energia e de edifícios;
‒ CLP’s isolados ou em redes.